旋转弯曲变形对医用金属微细管微观组织及耐生物腐蚀性能影响的研究

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纯钛作为生物医用材料中应用范围较广泛的一种,具有良好的生物相容性,被广泛用作人体植入性器件的原材料,但是,由于其强度较低,限制了其在医疗领域的应用。当纯钛TA1微细管材作为血管支架或者骨固定针等长期植入性器件时,还应对其生物耐蚀性进行进一步提升,以保证长期甚至终身携带此器件患者的身体健康状况。通过大塑性变形工艺细化金属材料的微观组织并提高其综合力学性能,在金属材料研究领域已经有了较为深入的研究,获得了良好的成果。本文针对微细管材径小壁薄的特性,采用金属管材旋转弯曲(Cyclic Rotating Bending,CRB)工艺,对纯钛微细管进行变形加工,并研究旋转弯曲工艺对纯钛微细管材微观组织、力学性能以及耐生物腐蚀性能的影响。本论文具体完成的内容如下。(1)为了研究旋转弯曲变形参数对纯钛TA1金属微细管微观组织、力学性能的影响规律,进行了不同变形温度、弯曲角、变形时间、旋转速度以及附加扭矩的旋转弯曲实验。并对不同变形参数加工后的管材进行了微观组织研究实验和拉伸试验。(2)为了获得变形过程中管材的变形行为和不同参数条件下管材变形部分应力应变分布情况,利用有限元分析软件对旋转弯曲变形过程进行了数值模拟分析。(3)将未变形和变形后管材在体外模拟体液中浸泡相同时间后,利用失重法和形貌分析法,研究旋转弯曲工艺对纯钛TA1微细管材生物耐蚀性的影响。通过实验及模拟的研究结果发现,旋转弯曲工艺参数对纯钛TA1微细管材的微观组织和力学性能均有不同程度的影响,当变形温度为700℃、弯曲角为171°、旋转速度为30r/min、变形时间为4min且无附加扭矩时,管材综合性能提升效果最好,此条件下管材试样的平均晶粒尺寸约为17.36μm,尺寸减小率约为40.5%,抗拉强度约为440.2MPa,提升率约为12.4%,有效塑性应变积累量最多,且通过生物耐蚀性实验的分析结果发现,旋转弯曲工艺对纯钛的生物耐蚀性有一定程度的提升。
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